一种换电站充放电方案的求解方法

摘要

一种换电站充放电方案的求解方法，首先提出换电站模型的假设条件，分析换电站的盈利方式，通过这些盈利方式来建立换电站最大收益目标函数，并提出约束条件，然后将换电站原始数据代入到上述模型之中。最终，得出换电站的最大收益和响应的充放电策略。根据本发明所提供的求解方法，由于该方法针对现有的电动汽车换电站最优充放电管理方法的不足，从线性优化角度提出电动汽车换电站最优充放电策略的精益化计算方法，因此该方法能够精益分析换电站最优充放电下的经济收益和能源消耗，进而找到能源消耗少而收益高的充放电管理方案，是对现有电动汽车换电站最优充放电方法的补充和完善。

主权项

一种换电站充放电方案的求解方法，该方案用于调节换电站的电池充放电的时间安排来达到节省的目的，本方法是为了求解该方案的，它包括以下步骤：步骤一，获取以下的电池充电参数：容量为C，充满时间为T小时，充电效率为η_b，则充电实际功率为P_b'＝P_b/η_b且P_b＝C/T，获取以下的放电参数：放电时以最大输出功率Pmax运行，放电效率为η_s，则实际输出功率为P′_max＝P_maxη_s；步骤二，将所述充放电方案的管理时间平均划分为m个充电时段，对应的第t个所述充电时段时段的电能成本为λ_t，其中t＝1，2，...，m，将电池在第t时段内细分为Tm个充程；步骤三，建立节能节省求解数学模型：对换电用户收取电池租赁费，扣除了一定的电池充放电折旧费，则这部分的净收益为f₁＝(α‑α₀)N   (1)换电零售价与网上购电价格之间的差价，则这部分的净收益为$f_2=\lambda CN-\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{\overline{{\lambda }_i}C}{{\eta }_b}---\left(2\right)$在电网负荷高峰时，换电站低充高放，向电网售电获得利润，则这部分的净收益为$f_3=\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}({\bar{\lambda }}_{s,i}{\eta }_s-\frac{{\bar{\lambda }}_{b,i}}{{\lambda }_b})C_i-{\alpha }_{0}A---\left(3\right)$式中，α是换电用户一次租赁电池的费用，α₀是所述换电站内的电池一次充电或放电时所需要的折旧费，N是单位时间内所述换电用户到所述换电站替换电池的需求量，λ是换电零售价，是第i次充电时的平均网上购电价格，是第i次获利时该电池的平均售电价格，是第i次获利时该电池的平均购电价格，A是单位时间内电池充放电的循环次数，C_i是第i次获利时的电池电量，且C_i≤C，换电站数学模型模型的约束条件为N_t+J_t+K_t+M_t+W_t＝Z     (4)$\left\{\begin{array}{c}{M}_t^{\left(1\right)}+M_t^{\left(2\right)}+...+M_t^{\left(t\right)}=M_t\\ M_t^{\left(1\right)}=M_{t+1}^{\left(2\right)},M_t^{\left(2\right)}=M_{t+1}^{\left(3\right)},...,M_t^{(T_m-1)}=M_t^{(T_m-2)}\end{array}\right.---\left(5\right)$$\left\{\begin{array}{c}{W}_t^{\left(1\right)}+W_t^{\left(2\right)}+...+W_t^{\left(t\right)}=W_t\\ W_t^{\left(1\right)}=W_{t+1}^{\left(2\right)},W_t^{\left(2\right)}=W_{t+1}^{\left(3\right)},...,W_t^{(T_w-1)}=W_{t+1}^{(T_w-2)}\end{array}\right.---\left(6\right)$$X_t+M_t^{\left(T_m\right)}+J_t=N_{t+1}+X_{t+1}+W_{t+1}^{\left(1\right)}+J_{t+1}---\left(7\right)$$N_t+W_t^{\left(T_w\right)}+K_t=M_{t+1}^{\left(1\right)}+K_{t+1}---\left(8\right)$$\underset{i=1}{\overset{T_m}{\Sigma }}{M}_t^{\left(i\right)}\le M_{max}---\left(9\right)$其中，式(4)为所述换电站的总电池数平衡约束，式(5)为换电站内充电电池数量平衡约束，式(6)为换电站内放电电池数量平衡约束，式(7)为换电站内满电量电池数量平衡约束，式(8)为换电站内空电池数量平衡约束，式(9)为换电站内充电格位数量约束，N_t是在第t时段的所述换电用户到换电站换电的需求量，J_t和K_t分别是第t时段换电站内满电量的电池数和空电量的电池数，Z是换电站内全部电池的数量，T_m是电池充满电所需要的所述充程数目，T_w是电池放完电所需的所述充电时段数，是换电站内第t个所述充电时段的第T_m个充程的正在充电的电池数量，是换电站内第t个所述充电时段的第T_w放程的正在放电的电池数量，X_t是备用电池数量，M_max是所述充电站的充电格位的总数量，根据上述条件和所述换电站的式(1)(2)(3)的三种盈利方式，所述换电站的节能节省目标函数为$F=(\alpha -{\alpha }_0)N+\lambda CN+\underset{t=1}{\overset{288}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{T_w}{\Sigma }}{\lambda }_t{P}_{\max }^{\prime }{W}_t^{\left(i\right)}-\underset{t=1}{\overset{288}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{T_m}{\Sigma }}{\lambda }_t{P}_b^{\prime }{M}_t^{\left(i\right)}-{\alpha }_{0}A---\left(10\right)$步骤三，在步骤二中的约束条件和所述换电站的实际条件约束下求解式(10)的最大值；步骤四，根据步骤三所述的最大值结果，计算所述换电站在所述管理时间内向电网购电的总支出为$F_{buy}=\underset{t=1}{\overset{288}{\Sigma }}{\lambda }_t{P}_b^{\prime }{M}_t---\left(11\right)$所述换电站在所述管理时间向电网售电的总收入为$F_{sell}=\underset{t=1}{\overset{288}{\Sigma }}{\lambda }_t{P}_{max}^{\prime }{W}_t---\left(12\right)$所述电池的充放电循环次数A为$A=\frac{\underset{t=1}{\overset{288}{\Sigma }}{P}_{\max }{W}_t}{C}---\left(13\right).$